用于增强电解质膜的制造方法和制造增强电解质膜的制造设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于增强电解质膜的制造方法和一种制造增强电解质膜的制造设备。
【背景技术】
[0002]作为已经被用于固体聚合物型燃料电池(在下文中，简单地称作“燃料电池”)的电解质膜，在其中结合多孔增强部件的增强电解质膜是已知的(以下示出的日本专利申请公报N0.2008-004344 (JP2008-004344A)和日本专利申请公报N0.2008-277288 (JP2008-277288A))。根据 JP2008-004344A 的技术，在被输送以粘着到彼此的两片带状多孔增强膜的汇合处，电解质树脂在两个多孔增强膜之间流动并且膜被压接，因此增强电解质膜得以制造。根据JP2008-277288A的技术，带状电解质膜被从正被输送的带状增强膜的两个表面叠置并且这些带状电解质膜被热压结合，因此，增强电解质膜得以制造。
[0003]现在，当在纵向方向上输送带状部件时，所谓的颈缩可能发生，其中当拉伸应力在输送方向上被施加到带状部件时，带状部件在宽度方向上收缩并且变形。在增强电解质膜的制造步骤中，当在带状部件诸如电解质膜或者增强部件的输送期间发生这种颈缩时，带状部件的强度功能劣化，并且增强电解质膜和使用增强电解质膜的燃料电池的耐久性很可能劣化。如果在输送期间被施加带状部件的拉伸应力受到控制以抑制颈缩的发生，则很可能输送控制变得复杂并且设备变得昂贵。
[0004]因此，在增强电解质膜的制造步骤中，仍然存在改进带状部件诸如电解质膜和增强部件的输送方法的空间。除了以上之外，在增强电解质膜的传统制造步骤中，已经要求了步骤的便利性和简化、更低的成本、资源节约、装置小型化和操纵性质的改进。
【发明内容】
[0005]本发明的第一方面涉及一种用于增强电解质膜的制造方法，该增强电解质膜被用在燃料电池中，并且具有布置在其内部的多孔增强部件。该制造方法包括:(a)步骤，将带状电解质聚合物在布置在第一背板的表面上的状态下在作为输送方向的所述带状电解质聚合物的纵向方向上输送，其中所述带状电解质聚合物是第一电解质聚合物的带状体；(b)步骤:将第一带状增强部件在布置在第二背板的表面上的状态下在所述输送方向上输送，并且将所述第一带状增强部件布置在所述带状电解质聚合物的表面上，其中所述第一带状增强部件是带状体；和(c)步骤，在所述步骤(b)之后，在利用存在于第二背板和第一带状增强部件之间的第二电解质聚合物使得所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的第一粘合度高于所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的第二粘合度的状态下，从所述带状电解质聚合物剥离所述第一背板。根据该制造方法，通过使用第一背板和第二背板，在输送期间带状电解质聚合物和带状增强部件能够受到保护。此外，第一背板从带状电解质聚合物的剥离变得容易，并且伴随剥离的输送故障的发生能够受到抑制。
[0006]步骤(c)可以包括使得在第二背板和第一带状增强部件之间的第一粘合度高于在第一背板和带状电解质聚合物之间的第二粘合度的步骤，其中通过经由第一背板和第二背板热压结合带状电解质聚合物和第一带状增强部件，形成带状电解质聚合物的第一电解质聚合物被含浸在第一带状增强部件内部并且使第一电解质聚合物到达在第二背板和第一带状增强部件之间的界面，从而第一电解质聚合物功能用作第二电解质聚合物。即，第一电解质聚合物可以是第二电解质聚合物。根据该制造方法，由于结合带状电解质聚合物和第一带状增强部件的热压结合步骤，在第一带状增强部件和第二背板之间的第一粘合度能够增加，因此，能够方便此后执行的第一背板从带状电解质聚合物的剥离。
[0007]该制造方法可以进一步包括(d)步骤:在第一背板被剥离的带状电解质聚合物的表面上布置并且热压结合第二带状增强部件。根据该制造方法，能够获得在带状电解质聚合物的两个表面上引入带状增强部件的增强电解质膜。
[0008]在上述步骤(c)之前，在第一带状增强部件和第二背板之间的第一粘合度可以低于在带状电解质聚合物和第一背板之间的第二粘合度。根据该制造方法，当第二背板被布置在第一带状增强部件的表面上时，无需将其间的粘合度设定为是高的，因此，第二背板能够被容易地布置于第一带状增强部件。
[0009]在上述步骤(a)之前，将所述第一带状增强部件布置在用于输送的第三背板的表面上，所述第三背板具有比上述步骤(c)中的热压结合温度低的耐热温度，上述步骤(a)可以包括如下步骤:用具有比上述步骤(c)中的热压结合温度高的耐热温度的所述第二背板交换用于输送的所述第三背板。根据该制造方法，作为在于带状电解质聚合物的表面上布置第一带状增强部件之前使用的第二背板，能够使用具有较低的耐热性的材料。因此，关于在于带状电解质聚合物的表面上布置第一带状增强部件之前使用的第二背板，能够聚焦于到第一带状增强部件的粘合度地选择材料。
[0010]因为通过在第一带状增强部件和第二背板之间预先布置包含第三电解质聚合物的中间层，在上述步骤(b)之前，将在第二背板和第一带状增强部件之间的第一粘合度预先设定为比在第一背板和带状电解质聚合物之间的第二粘合度高，所以上述步骤(b)可以包括压接带状电解质聚合物和第一带状增强部件，使得在带状电解质聚合物和第一带状增强部件之间的第三粘合度高于在第一背板和带状电解质聚合物之间的第二粘合度的步骤。在这里，第三电解质聚合物用作第二电解质聚合物。即，第三电解质聚合物可以是第二电解质聚合物。根据该制造方法，即使在带状电解质聚合物和第一带状增强部件被形成为一体之前，第一背板仍然能够易于从带状电解质聚合物剥离。此外，能够使得在带状电解质聚合物和第一带状增强部件被形成为一体之后增强电解质膜的表面性质是优良的。
[0011]上述制造方法可以进一步包括步骤(e):在第一背板被剥离的带状电解质聚合物的表面上布置第二带状增强部件，并且热压结合带状电解质聚合物和第一带状增强部件和第二带状增强部件。根据该制造方法，能够获得第一带状增强部件和第二带状增强部件被压接在其两个表面上的增强电解质膜。
[0012]本发明的第二方面涉及一种制造增强电解质膜的制造设备，所述增强电解质膜被用在燃料电池中，并且所述增强电解质膜具有布置在其内部的增强部件。该制造设备包括:输送部，所述输送部将带状电解质聚合物在布置在第一背板的表面上的状态下在作为输送方向的所述带状电解质聚合物的纵向方向上输送，其中所述带状电解质聚合物是第一电解质聚合物的带状体；增强部件布置部，所述增强部件布置部将第一带状增强部件在布置在第二背板的表面上的状态下在所述输送方向上输送，并且将所述第一带状增强部件布置在所述带状电解质聚合物的表面上，其中所述第一带状增强部件是增强部件的带状体；和背板剥离部，所述背板剥离部被布置在所述增强部件布置部的后段中，并且在利用存在于第二背板和第一带状增强部件之间的第二电解质聚合物使得所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的第一粘合度高于所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的第二粘合度的状态下，所述背板剥离部从所述带状电解质聚合物剥离所述第一背板。
[0013]上述多个构成元件并不是必要地不可缺少的，并且为了解决部分或者全部的问题，或者，为了实现部分或者全部的在本说明书中描述的效果，在该多个构成元件中的构成元件的一部分能够被更改、去除、与新的其它构成元件交换，并且有限内容的局部去除能够执行。此外，为了解决部分或者全部的上述问题，或者，为了实现部分或者全部的在本说明书中描述的效果，能够组合部分或者全部的上述技术特征和部分或者全部的在上述本发明的另一个方面中包括的技术特征。
[0014]还能够以除了用于增强电解质膜的制造方法之外的各种模式实现本发明。例如，本发明能够以制造增强电解质膜的制造设备、根据上述制造方法和制造设备制造的增强电解质膜、用于实现制造方法和制造设备的计算机程序和记录计算机程序的非暂时性记录介质的模式实现。
【附图说明】
[0015]将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中:
[0016]图1是示出作为第一实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略视图；
[0017]图2是示出由处理部执行的步骤的过程的过程图表；
[0018]图3是示出在第一粘着部中的步骤的概略视图；
[0019]图4是示出在第一热压结合部和第一剥离部中的步骤的概略视图；
[0020]图5是示出在第二粘着部、第二热压结合部和第二剥离部中的步骤的概略视图；
[0021]图6是示出在水解处理部中的步骤的概略视图；
[0022]图7是示出总结增强电解质膜的样本的性能评价测试的结果的表格的解释性视图；
[0023]图8是示出在制造设备的步骤期间在各部件之间的粘合度的90°剥离测试的测量结果的解释性视图；
[0024]图9是用于描述90°剥离测试的方法的概略视图；
[0025]图10是示出根据第二实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略图表;
[0026]图11是示出根据第二实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略视图；
[0027]图12是示出由第二实施例的处理部执行的步骤的过程的过程图表；
[0028]图13是示出在第一粘着部和第一剥离部中的步骤的内容的概略视图；
[0029]图14是示出在第二粘着部、第一热压结合部和第二剥离部中的步骤的内容的概略视图；
[0030]图15是示出在第三粘着部和第三剥离部中的步骤的内容的概略视图；
[0031]图16是示出在第四粘着部、第二热压结合部和第四剥离部中的步骤的内容的概略视图；
[0032]图17是示出在第一剥离部中剥离用于输送的背板之前通过在各部件之间的粘合度的90°剥离测试测量的的结果的解释性图表；
[0033]图18是示出作为第三实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略视图；
[0034]图19是示出在第三实施例的处理部中执行的步骤的过程的过程图表；
[0035]图20是示出在第一粘着部和第一剥离部中的步骤的内容的概略视图；
[0036]图21是示出在第二粘着部中的步骤的内容的概略视图；并且
[0037]图22是示出在热压结合部和第二剥离部中的步骤的内容的概略视图。
【具体实施方式】
[0038]A.第一实施例:图1是示出作为本发明第一实施例的制造增强电解质膜的制造设备100的结构的概略图表。制造设备100通过连续地输送带状部件制造增强电解质膜，在增强电解质膜的内部结合多孔增强部件。制造设备100包括电解质聚合物供应部10、第一增强膜供应部20、第二增强膜供应部21、处理部30和水解处理部40。
[0039]电解质聚合物供应部10向处理部30供应被布置到背板lb的带状电解质聚合物1。更加具体地，电解质聚合物供应部10利用输送辊(省略了在图中示出)向处理部30输送在被布置到背板lb的状态下缠绕成卷的带状电解质聚合物1。电解质聚合物供应部10可以被构造成使得分别缠绕成卷的带状电解质聚合物1和背板lb在相互粘着之后被输送到处理部30。
[0040]带状电解质聚合物1是在通过在带中的水解处理被赋予质子传导性之前通过模制电解质聚合物形成的部件。电解质聚合物是为燃料电池形成电解质膜的氟化离子交换树月旨，并且由全氟磺酸基聚合物诸如Naf1n(注册商标)形成。带状电解质聚合物1的厚度例如优选地大约5到15 μ m并且更加优选地大约5到10 μπι。当带状电解质聚合物1的厚度在该范围内时，能够在燃料电池中确保充分的质子传导性。
[0041]带状电解质聚合物1的背板lb理想地具有能够抑制带状电解质聚合物1由于输送而受到损坏和劣化的程度的厚度和刚度。此外，背板lb优选地具有能够在处理部30中承受热压结合步骤(以下描述)的程度的耐热性。具体地，背板lb的最大连续操作温度优选地高于230°C。此外，背板lb的表面可以是相对粗糙的，并且其表面粗糙度(Ra)可以是大约 400 到 2000nm。
[0042]在本实施例中，背板lb是由以下聚四氟乙烯(PTFE)形成的。
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